PLC在C516立式车床电气改造中的应用

２０１１年第１１期　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＵ￣ＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　Ｏ机械与电子０　科技信息　ＰＬＣ在Ｃ５１６立式车床电气改造中的应用　石征锦’高峰　（１．沈阳理工大学辽宁　沈阳　１１０１５９；２．辽宁冶金技师学院辽宁本溪　１１７０００）　【摘要】随着电气技术的飞速发展，可编程序控制器以其较高的稳定性和可靠性，较强的实时处理能力，简单方便的维护被广泛的应用于　各种领域的工业控制。变频器更是凭借其优异的调速性能和经济效益日渐威为调速设备的主力。传统的立式车床上使用了大量的继电器元件，　有触点多．线路复杂，不宜于故障维修，耗能高等缺点。应用ＰＬＣ和变频器对其电气控制系统进行改造，可以把机床的功能、效率提高到一个新　的水平．大大的改善产品的加工质量，降低设备故障率，提高生产效率，节唐能耗，共经济效率显著。　【关键词ｌ节能；机床改造；可编程序控制器；变频器　Ｔｈｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ＰＬＣ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｒｅｔｒｏｆｉｔ　ｉｎ　Ｃ５１６　Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ｌａｔｈｅ　ＳＨＩ　Ｚｈｅｎｇ－－ｊｉｎ　ＧＡＯ　Ｆｅｎｇｚ　（１．Ｓｈｅｎｙａｎｇ　Ｌｉｇｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ　Ｌｉａｏｎｉｎｇ，１１０１５９；２．Ｌｉａｏｎｉｎｇ　Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ　Ｔｅｃｈｎｉｃｉａｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｎｘｉ　Ｌｉａｏｎｉｎｇ，１１７０００）　【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ａｌｏｎｇ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｒａｐｉｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ｌｏｇｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｗｉｔｈ　ｉｔｓ　ｈｉ　ｇｈ　ｓｔｂａｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｓｔｒｏｎｇ　ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｐｏｗｅｒ，ｓｉｍｐｌｅ　ａｎｄ　ｅａｓｙ　ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ　ｉｓ　ｗｉｄｅｌｙ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｖ￣ｒｉｏｕｓ　ｆｉｅｌｄｓ　ｏｆ　ｉｎｄｕｓｔｒｉｌａ　ｃｏｎｔｒｏ１．Ｖａｒｉａｂｌｅ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｖａｒｉｂａｌｅ　ｆｅｒｑｕｅｎｃｙ　ｗｈｉｃｈ　ｄｅｐｅｎｄｓ　ｏｎ　ｉｔｓ　ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ　ｓｐｅｅｄ—ｃｏｎｔｒｏｌ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ａｎｄ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｂｅｎｅｆｉｔｓ　ｈａｓ　ｂｅｃｏｍｅ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ．１１１ｅ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｌａｔｈｅ　ｉｓ　ｍｏ　ｃｏｎｔａｃｔ　ｐｏｉｎｔｓ　１ｉｎｅｓ　ｃｏｍｐｌｅｘ．ｕｎｅａｓｙ　ｔｏ　ｒｅｐａｉｒ　ｗｈｅｎ　ｉｔｓ　ｂｒｅａｋｄｏｗｎ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｅｎｅｒｇｙ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ．Ｂｅｃａｕｓｅ　ｔｈｅｒｅ　ＵＳｅＳ　ａ　ｌｏｔ　ｏｆ　ｒｅｌａｙｓ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｏｎ　ｉｔ．Ｕｓｉｎｇ　ＰＬＣ　ａｎｄ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ｔｏ　ｒｅｆｏｒｍ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　Ｃａ／１　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｆｕｎｅｔｉｏｎ　ｎａｄ　ｔｈｅ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｈｔｅ　ｌａｔｈｅ　ｔｏ　ａ　ｎｅｗ　ｌｅｖｅ１．Ｉｔ　ｅａＲ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｑｕａｌｉｔｙ，ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｆａｉｌｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｒａｉｓｉｎｇ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ，ｓａｖｉｎｇ　ｅｎｅｒｇｙ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ　ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｔｌｙ．　【Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ】Ｅｎｅｒｇｙ　ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ；Ｍａｃｈｉｎｅ　ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ；ＰＬＣ；ＶＶＶＦ　０引言　作用和数量，结合改造要求，选用欧姆龙ＣＰＭ２ＡＨ型６Ｏ点的ＰＬＣ，其　工作台部分的输入／输出ＹＯ分配表见表】．１日。　目前将ＰＬＣ控制技术应用于企业旧设备的技术改造已经成为最　Ｃ５１６立式车床工作台部分ＰＬＣ动作流程如表１．１所示，当油泵　有效的途径，由于ＰＬＣ把大量的开关动作，采用无触点的半导体电路　来实现，并采用了屏蔽、滤波、隔离等抗干扰的措施，使得控制的动作更　没有启动或变频器停止按钮ＳＢ３被按下时均不能启动变频器，更无法　启动主轴电机运行。变频器通电指令１Ｏ．ｏ４是一个必要条件将作为一　可靠。同时在逻辑控制上，通过直观性很好的梯形图方式，进行软件编　程来实现控制，不仅简化了控制线路，缩小了电控装置的体积，节约了　个联锁点控制后续指令的输出。　工作台正，反转连续运行信号通过辅助继电器使用ＫＥＥＰ指令分　电能，还增加了机床的控制功能，使得设备的操作性、可靠性得到大大　别加给变频器正，反转控制给定端，实现工作台正，反转连续运行。工作　提高。　台点动运行信号通过按钮ＳＢ５或ＳＢ６同时加给变频器正，反转控制给　本次改造的某机床厂ｃ５ｌ６型立式车床是冷加工中使用比较普遍　定端ＦＷＤ／ＲＥＶ和变频器点动给定端ｘ３，实现工作台的点动运行。　的设备，它主要用于加工径向尺寸大，形状复杂的大型和重型工件，其　Ｃ５１６立式车床工作台部分ＰＬＣ动作流程图如下图１．１所示。　原控制电路为继电器控制．接触器触点多、线路复杂、故障率高、电气　维修量大。针对这种情况，我们采用ＰＬＣ的程序控制改造其继电器控　制电路，克服了以上缺点，降低了设备故障率，提高了设备使用效率，　运行效果良好。　１　工作台部分线路的ＰＬＣ改造　结合改造设备的实际情况，本次改造工作台采用变频器＋交流变　频电机＋齿轮箱＋可编程控制器＋制动单元＋制动电阻，构成一个开环　的新型立式车床工作台控制系统。该机床采用富士Ｇ１Ｓ－４Ｃ系列　３７ＫＷ变频器，变频器的制动单元采用富士公司的ＢＵ５５系列【ｌ１。　ＰＬＣ是整个机床电气的控制核心，根据现场实际输入、输出点的　表１．１　Ｃ５１６工作台部分ＰＬＣ输入／输出Ｉ，０分配表　输入信号　输出信号　输人设备名称　输入　输入点　输出设备名称　输出　输出点　代号　编号　代号　编号　设备总停按钮　ＳＢ１　０．００　图１．１　工作台部分ＰＬＣ动作流程图　油泵启动按钮　ＳＢ２　０．Ｏ１　点动控制给定　Ｘ３　ｌ０．０ｌ　２刀架部分线路的ＰＬＣ改造　变频器停止按钮　ＳＢ３　０．Ｏ２　变频正转控制给定　ＦＷＤ　１０．Ｏ２　Ｃ５１６立式车床刀架分为立刀架和侧刀架两部分，通过ＰＬＣ所控　变频器启动按钮　ＳＢ４　０．０３　变频反转控制给定　ＲＥＶ　１０　０３　制的中问继电器ＫＡ５　ｇ－＆１６接通离合器控制刀架的移动和制动，并　工作台主电机正点　ＳＢ５　０．０４　变频器通电　ＫＡ２　１０，０４　且通过转换开关１ＱＣ和２ＱＣ转换刀架进给移动和快速移动的状态。　刀架部分ＰＬＣ输出外部硬件接线如图２．１所示［３１。　工作台主电机反点　ＳＢ６　ｎＯ５　变频器频率给定继电器　ＫＡ３　１２．０４　结合图２．１编制刀架部分ＰＬＣ程序，现以立刀架向左移动的程序　工作台停止　ＳＢ７　０．Ｏ６　油泵电机控制输出　ＫＡ１　１２．（）６　为例，程序如下。　工作台主电机正转　ＳＢ８　Ｏ．０７　越　撼　磊　—　一　工作台主电机反转　ＳＢ９　０．Ｏ８　蕊一　ｌ　ｌ３２　科技信息　０机械与电子Ｏ　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　２０１１年第１１期　三　盘　ｌ　盎　Ｉ　：｝　割：　嚣：ｌｉ矗：ｆ：盎：譬：　：盎　Ｉ：盘：Ｉ：　：Ｉ：嚣嚣｝　结合图２－２和程序可以看出，当１０．Ｏ５点闭合。即ＫＡ５继电器得　电，立刀架向左移动时，辅助继电器１６．０２线圈得电，ｌ６．０２的常开点　闭合立刀架制动输出１１．０２得电．同时１６．Ｃｌ２的常闭点断开定时器不　能得电。这里虽然立刀架制动输出１１．０２得电继电器ＫＡ１０闭合．但是　由于中问继电器ＫＡ５的常开触点ＫＡ５—１闭合之前，其常闭触点　ＫＡ５—２已经断开，所以即使ＫＡ１０—１闭合也：无法完成制动动作。只有　当立刀架停止移动时。辅助继电器ｌ６．０２失电触点复位后．由于有　１１．０２的自锁点存在，制动继电器ＫＡ１０—１的常开点仍然闭合，同时．　定时器也得电开始计时，达到定时时间后定时器触点断开．停止制动。　…７．（＾Ｂ…Ｏ…●　由于需要有一定的制动时间达到可靠制动，所以这里采用定时器控　制。　图２．１　刀架部分的ＰＬＣ输出硬件接线图　３　横梁线路的ＰＬＣ改造　该程序为典型的启动一保持一停止型程序比较简单．所要注意的　横梁的升降由横梁电动机正、反转且以点动方式控制，程序比较　主要有两点。　简单，重点注意联锁和横梁的限位。另外，需要注意当主轴转动时横梁　第一，因为刀架进给移动和快速移动的状态要由转换开关１ＱＣ　不允许升降，所以在横梁电磁铁输出继电器ＫＡ１９前用主轴正、反给　控制，所以要在立刀架向左移动输出的自锁触点前串联一个１ＱＣ的　定做出联锁点，如下所示。　常开点，用以实现转换控制。　第二，为了安全起见，除了要在程序中编制出联锁触点外．还要在　输出硬件接线上，用继电器的常闭触点做出一个电气联锁的明显断开　点。　摄　———一——　立刀架右移动和立刀架上、下移动的程序与此类似，不再复述。　立刀架继电器控制电路图如图２．２所示　３＿，编制立刀架制动程序　如下　矗７Ｊ掣尚台器　水平　方向ｌ水　右方向ｌ鹰　ｆ方向ｌ垂直Ｆ方向　Ｉ讧刀架制曲　　水甲方向　ＩＩ　垂直方向　４结语　在本次改造中，采用了先进的现代交流变频矢量和ＰＬＣ控制技　术，使得改造后的Ｃ５ｌ６立式车床了性能有了较大的提高。通过一年多　的现场运行，系统具有如下优点：　４．１控制系统采用ＰＬＣ控制后，操作简单、结构清晰、调速方便、可　靠，电气维修量减少９５％以上，大大减少了设备的维修成本，提高了设　备的使用寿命。　４．２由于采用无速度传感器的具有转矩矢量控制的大扭矩专用变频　器，提高了立式车床的低速加工能力，提高了切削力２０％以上。　４．３　由于采用变频器调速，实现了工作台的无死区调速．工作台转速　连续可调，增大了调速范围并提高了运行速度和加工精度。提高了切　削效率２Ｏ％以上。　４．４本系统具有故障自诊断功能．系统免维护，节约电能近３０％，节　省维护费用，减少电网污染，降低高次谐波，在节能减排方面具有重大　意义。　４．５采用ＰＬＣ辅助控制，保证了系统的高可靠性，可与数控系统配　合，极易实现立式车床的数控化。在大型切削设备的生产和技术改造　领域具有广阔的发展空间。　图２．２立刀架继电器控制电路图　【参考文献】　［１］高性能、多功能型变频器ＦＲＥＮＩＣ—ＭＥＧＡ使用说明书．富士电机机器制御株　式会杜。２００９：５－２，５一ｌ８．　［２］ｃＰＭ２ＡＨ可编程序控制器编程手册（中文）．欧姆龙自动化（中国）有限公司，　２００３：３０３—５０１．　［３］Ｃ５１６电气图纸．沈阳理工大学融通科技开发公司，２００９：２—８．　作者简介：石征锦（１９６３一），男，汉族，辽宁沈阳人，硕士，沈阳理工大学教　授．主要研究方向为现代节电、交流拖动、机床数控字技术。　［责任编辑：王静］　（上接第８０页）我们还采用代理技术，把通过网关与Ｉｎｔｅｍｅｔ相　检测、网络管理及网络监控三位一体的结构，使我们设计的校园网防　连的管理服务器作为管理主机称为主管主机，在主干网上放置代理主　御体系更加坚固。　机，从上一级主管主机到下一级主管主机的所有通讯必须通过代理主　机。这个模型限制了一个攻击者可以发现的代理主机的数目．这样可　以阻止攻击者破坏更多的代理主机。　【参考文献】　［１］韩东海，王超，李群．入侵检测系统实例剖析［Ｍ】．清华大学出－版社，２００２－　基于入侵检测技术的校园网络安全模型［Ｄ】．山东科技大学，２００６　这个校园网防御体系在各个环节上都加强了其网络系统对于入　［２］端木祥展．侵者的防御能力．从而保证了校园网信息系统的可用性、可靠性、安全　［责任编辑：常鹏飞］　性。当然，随着网络技术的快速发展．人侵者的行为也表现出多样性和　复杂性，未来的入侵检测系统将会结合其它网络管理软件，形成入侵　１３３